微反应器中乙炔法合成N-乙烯基吡咯烷酮的过程研究

搭建了以商用微反应器为核心的气液微反应系统,成功实现了加压乙炔法合成N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）的产品过程,采用液相循环方式完成反应物2-吡咯烷酮的高效转化,全面考察了反应温度、KOH含量、内构件数量和原料乙炔纯化对液相反应的影响。结果表明,反应温度和KOH含量对选择性有显著影响,高温和高含量催化剂会严重降低产物NVP的选择性,综合调控反应温度和KOH含量,可保证产物选择性在95%以上;微反应器中内构件的存在有利于促进气液传质过程;反应体系水分的脱除有助于循环反应中转化率和选择性的提高;与高压釜相比,产物NVP收率提高了28.7%（无助剂）,反应时间有适当缩短。     

双颗粒提升管中细颗粒的混合行为研究(Ⅱ)──弥散颗粒的轴径向混合行为

利用磷光颗粒示踪技术，使用点源示踪的方法在不同的径向位置测得反映颗粒径向扩散行为的停留时间分布曲线，并对弥散细颗粒的径向混合行为进行了分析．提出二维扩散模型描述所测量的停留时间分布曲线特征．实验发现弥散细颗粒的径向扩散Peclet数随粗颗粒加入量的增加而增加，随细颗粒浓度的增大而增大，而几乎不随气速变化．给出了一个与实验数据吻合较好并可适用于单颗粒提升管的关联式．     

下行床气粒流动行为的Eulerian-Lagrangian模拟

采用计算流体力学和离散单元方法耦合模型（CFD-DEM）对二维下行床内的气粒流动行为进行了全床数值模拟。模拟结果展示了下行床典型操作条件下特有的气固动态流动结构：沿流动方向存在明显的入口控制区、过渡区和（完全）发展区;颗粒聚团并不是出现在浓度相对较高的入口区，而是在过渡区之后的发展过程中逐渐形成较多的、松散的动态聚团结构。下行床发展段呈现典型的近壁浓环结构，这与实验结果基本一致。考察了颗粒之间以及颗粒与壁面之间的碰撞参数对下行床内气固流动结构的影响，发现完全弹性碰撞颗粒体系在入口区呈现最快速的颗粒分散;而对本文研究的操作条件，颗粒碰撞参数对发展段时均流体力学行为只产生轻微的影响。     

高效、清洁、高附加值原则指导下适度、有序发展煤化工产业

针对我国可持续发展面临的能源瓶颈,指出适度、有序发展煤化工产业是我国现有能源结构环境下的必然选择。在低碳理念指导下,提出了煤炭资源的分质利用原则、高能效利用原则、综合利用原则、因地制宜利用原则和高附加值利用原则,比较分析了煤的各种化学转化途径,阐述了含氧醇醚材料替代石油路线、煤制芳烃、煤/天然气/煤层气制备乙炔等具有前景的清洁、高效转化过程,期望为煤化工产业的健康、有序发展提供科学思路。     

Rh/MgO/γ-Al2O3上的毫秒级甲烷蒸汽重整过程

采用负载型Rh/MgO/γ-Al₂O₃催化剂研究了毫秒级甲烷蒸汽重整过程,在水碳比为1和3的条件下,详细考察了反应温度、空速和催化剂Rh含量对反应转化率和选择性的影响。研究结果表明,Rh/MgO/γ-Al₂O₃催化剂在毫秒级操作条件下具有良好的催化性能,使用5%（质量分数）Rh催化剂,在水碳比3、反应温度1150 K、空速641.11 L•（g cat）^-1•h^-1时,CH₄转化率约90%,CO₂选择性约20%,毫秒级接触时间反应行为即可接近热力学平衡。高温有利于毫秒级甲烷蒸汽重整过程。     

化学反应工程教学新理念和实践探索

本文讨论了为应对21世纪世界高速变化和我国建设资源节约与环境友好型社会的需求,化学反应工程在化工学科教学中的作用与地位所发生的变化,总结了该领域教学实践和由此衍生的新经验。我们通过灵活多样的教学手段,在传授反应工程基础理论知识的同时,拓展学生视野并培养其解决实际问题的创新能力。     

煤粉高温快速裂解过程的颗粒内部传递行为

热等离子体裂解煤制乙炔为超高温毫秒级反应过程,煤粉升温及脱挥发分过程直接决定了反应器的乙炔产率和经济性。建立了描述单颗粒煤粉高温快速裂解过程的机理模型,综合考虑了颗粒自身导热阻力及挥发分逸出煤粉所伴生的热阻效应。模型预测表明颗粒内部传热阻力显著影响煤粉的热裂解过程,与忽略颗粒内部传热阻力相比,脱挥发分时间减慢30%～40%,且颗粒粒径增大该影响越加明显;提高供热流体温度可加速、加强煤裂解反应深度。针对毫秒级煤裂解过程,大于100μm的煤粉或者低于2000K的热流体温度均难于实现满意的脱挥发分行为,所得结果为反应器的设计和操作提供了重要的指导。     

热等离子体裂解催化裂化油浆的淬冷过程分析

针对热等离子体裂解催化裂化油浆体系中淬冷过程的关键影响因素,介绍了耦合C1～C3烃类详细气相动力学和炭黑生成机理的University of Southern California(USC)扩展动力学,并对乙烷淬冷方案进行模拟,与在实验装置上进行的乙烷淬冷实验结果对照良好,表明USC扩展机理适用于该体系的动力学模拟.系...     

热等离子体超高温化学转化的过程研发和应用进展

概述了热等离子体超高温化学转化的原理、研发和应用进展。热等离子体可提供超高温反应条件,以及具有可调控的氧化、还原或惰性的气体氛围的优点,因而是一种独特的化工外场强化手段,可为劣质化石化原料以及一些工业中间产物及废弃物的清洁、高效转化提供新的技术方式,也成为现代反应工程的重要前沿领域之一。同时,热等离子体化学转化过程反应条件苛刻,是传递和反应强耦合的复杂过程,如何将热等离子独特的反应性质与物质转化需求合理结合,实现过程的清洁、高效、可控,并保证过程的经济性,是科研探索和工业实践中必须面对的问题。本文以典型热等离子体化学转化过程展开讨论,包括等离子体法乙炔、固废物处理、纳米材料制备等,展望了热等离子体技术在能源、化工、环境、材料等领域独特的发展前景。     

气液传质和反应可视化的激光诱导荧光技术

提出了一种先进的可视化测量气液传质和反应的激光诱导荧光技术,其基本原理为利用气相中的臭氧氧化液相中的荧光物质,使用相机定量地捕捉液相中荧光物质（如罗丹明B）发出的荧光信号强度的动态变化,从而记录了气液的传质和反应过程。实验结果通过液相浓度场信息展示了液滴内部丰富的微观混合行为,尤其传递和反应行为敏感于液滴周围环境条件,如微小扰动的均匀流场、扰动强化的非均匀流场和液滴尺寸动态生长过程。直观的可视化测量方法提高了对气液传质和液滴内微观混合行为机理的理解。